[发明专利]奥氏体不锈钢精密硬化方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面处理方法及设备，特别是一种奥氏体不锈钢工件表面精密硬化的处理方法及设备。

背景技术

奥氏体不锈钢，如SUS316和SUS304，是中高档手表外构件(包括表带、表壳和表扣)及3C产品(通讯产品Communication、电脑产品Computer和消费类电子产品Consumer)的外构件(包括手机外壳、MP3外壳和MP4外壳)采用的主要材料之一，该类材料的优点是耐腐蚀性好、韧性和强度高，缺点是硬度低，表面显微硬度为HV_0.05150～250，很容易在使用过程中被划伤。实践表明：奥氏体不锈钢手表及3C产品外构件表面硬度需要提高到HV_0.05500以上，才能在实际使用中达到一定的抗划伤效果。常用的解决办法是用物理气相沉积PVD工艺在奥氏体不锈钢手表及3C产品外构件表面镀制硬膜，如TiN、TiNC、CrN和CrC。由于用做基体的奥氏体不锈钢硬度比较低，在表面显微硬度测试过程中基体效应大，PVD工艺需要制备厚度达2μm以上的硬质厚镀层才能使表面显微硬度＞HV_0.05500，而用PVD工艺制备硬质厚镀层存在着膜基结合力差、表面粗糙度易下降的缺点，绝大部分用PVD工艺在奥氏体不锈钢手表及3C产品外构件表面镀制硬膜的企业，为了保证一定的膜基结合力和膜层表面粗糙度，镀制的硬膜很薄，大都在1μm以下，以装饰颜色为主，并不能起到很好的抗划伤作用。

渗氮、渗碳或碳氮共渗是钢铁表面硬化常用的方法，奥氏体不锈钢表面因为存在致密的钝化层，导致渗氮、渗碳或碳氮共渗方法不能直接被应用。中国专利申请号93105652.7、93106554.2和91109200.5中针对奥氏体不锈钢产品，以奥氏体不锈钢螺钉为主，公开了先进行氟化去表面钝化层，然后再进行气体渗氮加硬表面、最后酸浸去除高温氧化膜和部分硬化层的方法。中国专利申请号200380100962.4中提到，用含有卤素气体或卤化物气体的气氛对含Mo 3～20％的奥氏体不锈钢进行表面活化处理，然后进行气体碳氮共渗，可以获得硬度大于HV1350的硬化层。中国专利申请号200410043632.2中公开了用各类型的聚氯乙烯树脂(CH₂CHCl)作为汽轮机、燃气机不锈钢类零件在进行气体渗氮前去除钝化层的材料。而中国专利申请号200710132921.3则通过在气体渗氮时加入NH₄Cl来去除不锈钢表面的钝化层。中国专利申请号00801908.8中采用气体渗的方法对奥氏体不锈钢手表外构件表面进行硬化处理，工艺路线如下：250～600℃氟化处理去钝化层→400～500℃气体渗硬化→酸洗腐蚀去氧化皮→水漂洗去酸液→滚磨、抛光。利用上述这些方法得到的硬化层与基体之间的结合属冶金结合，牢固度高，但工艺处理时间长，专利申请号00801908.8中提到奥氏体不锈钢480℃气体渗碳约12小时才能得到15～30μm硬化层，工序复杂、对环境造成污染，使用NF₃、BF₄、CF₄、HF、F₂、Cl₂、HCl和CO有害气体以及硝酸、盐酸、氢氟酸等强酸。

离子渗用于奥氏体不锈钢表面硬化比气体渗有更多优点：1、利用离子的轰击作用去除表面钝化层；2、在离子的轰击作用下，渗速加快；3、在真空环境下进行处理，表面氧化少。相对于气体渗而言，离子渗工序简单、效率更高、污染少。国内对奥氏体不锈钢离子渗研究的报道较少，青岛科技大学等离子体表面技术研究所与英国伯明翰大学材料系合作对奥氏体不锈钢低温离子渗氮或低温离子碳氮共渗即软氮化工艺进行了研究，江苏工业学院材料科学与工程系对奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti在较高温度下的离子渗氮进行了研究，大连海事大学材料工艺研究所利用低压等离子体弧离子源对奥氏体不锈钢进行了低温渗氮研究。上述的方法没有解决平整高光奥氏体不锈钢表面离子渗后的外观保持问题，也没有解决特殊形状的奥氏体不锈钢工件所适用的工艺方法问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种奥氏体不锈钢精密硬化方法及设备，要解决的技术问题是提高奥氏体不锈钢表面的显微硬度、降低表面粗糙度，并适用于特殊形状的奥氏体不锈钢工件表面。